Vladimir Machkov est né le 27 novembre 1963 à Toula, puis, sa famille a déménagé à Novokouznetsk. Son enfance s'est passée derrière les coulisses de théâtre, car son père a été comédien et sa mère – régisseur d’un théâtre de marionnettes. Il commence ses études d'art dramatique à L’Institut d’Art Théâtral à Novossibirsk (Новосибирский театральный институт), d’où il a été exclu pour mauvaise conduite. Exclu une fois encore de l'École - studio du Théâtre d’Art de Moscou (MXAT), quelque temps plus tard il y tente encore une fois sa chance, cette fois dans la classe d’Oleg Tabakov (Олег Табаков). A 24 ans, sous la direction de Oleg Tabakov, il joue pour la première fois le rôle d’Abram Schwarz dans une pièce d’Alexandre Galitch Silence de marins (Матросская тишина), le rôle qu’il va jouer des années plus tard dans son film Papa.
A partir de 1992 Machkov met en scène plusieurs pièces, d‘abord dans le théâtre d’Oleg Tabakov, puis dans d'autres. Ses premiers rôles au cinéma passent plutôt inaperçus jusqu’au moment où il joue dans le film Limita de Denis Evstigneev (Денис Евстигнеев). Ce rôle ainsi que son rôle dans le film Katia Ismailova de Valeri Todorovski (Валерий Тодоровский), libre adaptation d'une nouvelle de Leskov, le rendent très connu dans le pays. Un de ses plus grands succès est son rôle dans le film Le voleur et l'enfant de Pavel Tchoukhraï (Павел Чухрай). Après ce film Machkov a aussi commencé de travailler à l’étranger, surtout aux Etats-Unis. En 2002 il a acquis une solide réputation internationale avec Le Nouveau Russe de Pavel Lounguine, dans le rôle d’un puissant oligarque russe, dans lequel beaucoup de gens ont reconnu l’illustre homme d’affaire Boris Berezovski.
En 1997 il réalise son premier film: L'Orpheline de Kazan (Сирота казанская), dans lequel il dirige de très grands comédiens russes : Valentin Gaft, Lev Dourov, Oleg Tabakov ainsi que son ex-femme Elena Chevtchenko.
Au cours des dernières années, Machkov a été très demandé en tant que comédien et en tant que metteur en scène. Il a fait une remarquable interprétation de Rogojine dans une adaptation de L'Idiot de Dotoïevski réalisée par Vladimir Bortko pour la télévision en 2003.
En 2004 il réalise son second film : Papa.
Au Etats-Unis Vladimir Machkov joue aujourd’hui à côté des plus grandes stars hollywoodiennes et fait des apparitions à la télé, notamment dans certains épisodes de la série TV Alias (« guest appearances », rôle de Kradic)